超快有机非线性光学分子及其介观光子器件实现

20世纪,基于非线性光学二阶效应,包括线性电光效应、二倍频等的光电信息发展对人类社会发展和生活方式起到了革命性的改变.随着光信息技术的迅速发展,需要呼唤新的非线性光学原理和方法.基于非线性光学三阶效应的新应用则成为这一研究的重点基础.本文首先回顾非线性光学研究和应用状况,介绍作者研究小组在三阶非线性光学材料研究的工作,特别重点介绍近期基于分子间电荷转移过程增强超快三阶非线性光学响应新机理实现的超快、低泵浦功率的香豆素/聚苯乙烯复合材料有机光子晶体全光开光的工作。     

聚苯胺溶液的非线性光学效应的研究

由于导电聚合物具有快速响应(10~(-13)s)和非常大的三阶非线性光学系数(10~(-9)-10~(-12)esu)以及它在快速的光开关、非线性记忆元件和光学晶体管等方面的应用前景。因而,最近几年对导电聚合物的三阶非线性光学效应的研究非常活跃。聚苯胺(PANI)由于它独特的掺杂机制,优异的物理化学特性、良好的稳定性以及诱人的应用前景使它成为当今导电聚合物的研究热点。关于PANI及其衍生物的非线性光学效应已有一些报道,我们也研究了聚苯胺膜的三阶非线性光学效应。但是,对其非线性光学     

嵌入π共轭分子的双层类脂膜的制备及其伏安行为

人造双分子层类脂膜(BLM)是利用简单膜模型系统研究复杂的生物膜结构与功能的新技术和新途径.自60年代初Fishman首先在水相中制得双分子磷脂膜以来,双层脂膜系统已被广泛地用于模拟生物膜的物理、化学、生物学现象的研究.本工作设计了一套制备不对称BLM体系的简易装置和膜电化学检测系统,并试验了膜中分别嵌入四氰基对醌二甲烷、四苯基卟啉、镍-四苯基卟啉以及富勒烯(C_(60))等π共轭分子修饰后的循环伏安行为.     

非线性光学配合物的化学研究

从化学角度出发,在分子水平上研究和探索新型分子基非线性光学材料是一个新的研究领域。总结了近年来在新型二阶,三阶极化率和光限制等非线性光学配合物的化学研究方面所取得的进展。     

卟啉-烷基氯化铝引发ε-己内酯开环聚合

作者从四苯基卟啉、四(对-甲氧基苯基)卟啉与一氯二乙基铝-二氯乙基铝(倍半物)反应制备卟啉-烷基氯化铝,并成功地用它在室温下引发ε-己内酯开环聚合。 ε-己内酯开环聚合的速度与卟啉-烷基氯化铝     

富勒烯抑制调Q Nd:YAG激光器中的自锁模

近年来,富勒烯的非线性光学性质、光电子学特性的研究十分引人注目,至今的研究主要集中在非线性效应如二阶、三阶非线性响应的观测,非线性吸收如反饱和吸收,双光子吸收的研究以及光电子学特性等方面.富勒烯分子由于具有很快的非线性光学响应,较大的非线性系数以及在较低的光能量下便能实现反饱和吸收以及近共振双光子吸收等     

含偶氮苯侧基聚酯膜的光学相位共轭特性

光学相位共轭(OPC)是一种采用非线性光学效应使光波场对时间进行精确反演的技术,可应用于实时适应光学、实时全息、光计算、光刻和非线性光谱学等领域。在三阶非线性光学过程中一般用简并四波混频(DFWM)来产生,这要求介质具有较大的三阶非线性光学系数。一些有机染料分子因饱和吸收和较长寿命的光诱致中间过渡态,在固溶体或溶液中往往能表现出很高的三阶非线性系数,可满足低功率激光在DFWM中产生OPC的要求。例如偶氮苯染料和液晶染料等。因此,近年来以染料掺杂的聚合物薄膜的OPC特性的研究已引起关注。     

溶剂影响锌铜卟啉的光物理性质

用稳态和时间分辨光谱对四苯基卟啉、四甲基苯基卟啉、邻二氯苯基卟啉的锌、铜的络合物进行了表征. 铜邻二氯苯基卟啉在极性溶剂中吸收光谱蓝移, 并且产生一个新的电荷转移(CT)态的吸收带. CT态的荧光发射位于650 nm, 荧光寿命为8.4 ns. 反常荧光产生的原因是按照Marcus电子转移理论, 极性溶剂有利于增加溶剂外部重组能, 从而降低电子转移过程的活化能. 此外, 邻二氯苯基铜卟啉中的卤素原子的存在产生重原子效应, 从而增加了其三线态的寿命. 导致其三线态向CT态跃迁的几率变大. 其他的影响因素如氢键、极性、轴配位的影响等因素被排除.     

酞菁染料二聚平衡常数的荧光测定法

酞菁是一类在结构上与卟啉、叶绿素很相似的化合物,由于其合成方法简单,对光、热的稳定性好,在染料、颜料、光电材料、催化剂、光动力药物等方面得到愈来愈广泛的应用。 酞菁在水中的紫外光谱表明,吸光度与浓度的关系不遵守朗伯-比耳定律,并且在630nm左右出现一个新吸收峰,这一现象被解释为在水中有二聚体的形成,当浓度很大时,甚至有多聚体的形成。     

卟啉化合物的反饱和吸收与三阶非线性光学效应

许多有机化合物当它在强光作用下其吸收系数将随入射光强的增加而减小,称作饱和吸收。这类现象已有许多学者进行过研究,人们注意到这类饱和吸收介质具有大的三阶非线性光学效应。但是对另一类介质,其吸收系数随着入射光强的增加而增加称作反饱和吸收的现象,却研究得很少。最近,Lee等人报告了在某些有机金属化合物中存在着反饱和吸收现象,并指出它可以作为光学限幅器。我们则在卟啉化合物中也观察到这种反饱和吸收现象,并显示出具有大的三阶非线性光学效应。     

叔丁基及硝基不对称取代酞菁的电子结构及其非线性光学性

利用AMI量子化学方法研究了叔丁基及硝基不对称取代酞菁的电子结构及非线性光学特性,结果表明双取代酞菁的二阶非线性光学系数β大于单取代物的,拉电子取代物的β大于推电子取代物的,其中硝基连在中心有H的一端的单取代物具有较大的β值。值得注意的是,取代酞菁都具有很大的二阶非线性光学系数,数量级已达到10~（-28）（一般的为10~（-32）,其中β值最大的叔丁基硝基取代酞菁β值为-9.69×10~（-28）esu。     

聚(2,5-二丁氧基)苯撑非线性光学性能的激发态增强

近年来,一些共轭有机聚合物由于具有大的非线性光学性能和快的时间响应而受到了极大的重视.人们期望用它来制备出具有超快特性的光开关、光计算等光子学方面的器件.但是,迄今为止,所研究的有机聚合物的非线性光学系数或时间响应速度还不能满足实际应用的要求.本文报道了有机聚合物:聚(2,5-二丁氧基)苯撑(简称PPP)在激发态时的非线性光学性能的增强,并且得到了超快时间响应的实验结果.据我们所知,这是首次在聚合物材料中观察到激发态非线性光学增强.实验采用双波耦合和紫外光激发的方法对有机聚合物PPP进行了激发态非线性光学效应增强的研究.在PPP材料中发现了三阶非线性光学性能     

镧La^3＋与1,10—二氮杂菲配位化合物的三阶非线性光学效应研究

运用Z Scan技术首次测量并研究了 1,10 二氮杂菲、硝酸 [二 (1,10 -二氮杂菲 )合镧 (III) ]、硝酸 [一 硝酸 一 氟脲嘧啶 二 (1,10 二氮杂菲 )合镧 (III) ]乙醇溶液的非线性折射率n2 ,计算了三阶非线性光学极化率 χ( 3) 和〈γ〉 ,并对稀土金属离子镧La3 引起 1,10 二氮杂菲三阶非线性光学效应的增强机制做了初步的探讨 ,为合成具有强三阶非线性光学效应的稀土金属有机配位化合物提供信息 .     

二辛基酞菁氧钒的合成、表征和半导体性质

设计与合成了2,3-二辛基酞菁氧钒(2,3-C8OVPc),2,16(17)-二辛基酞菁氧钒(dp-C8OVPc),1,15-二辛基酞菁氧钒(1,15-C8OVPc)和1,18-二辛基酞菁氧钒(1,18-C8OVPc)4种可溶性酞菁氧钒衍生物,研究了辛基位置对该类化合物的物理化学性质、固态薄膜形貌和有机薄膜晶体管(OTFT)器件性能的影响.在溶液状态下,辛基的位置对共轭分子的吸收光谱和前线轨道能级影响很小,它们的最大吸收峰均在700 nm左右,最高被占分子轨道(HOMO)和最低未占分子轨道(LUMO)能级分别约为-5.20和-3.80 eV.在薄膜状态下,吸收光谱显著红移,且红移幅度与辛基的位置有关.4个化合物在薄膜中均以edge-on的方式排列,由它们制备的底栅-顶接触型OTFT器件的迁移率均大于0.1 cm~2/(Vs),其中2,3-C8OVPc的迁移率最高,达到0.19 cm~2/(Vs).     

偶极增强的金属氧化物超微粒的三阶非线性光学特性

由于全光学信息处理、光计算机和光学位相共轭等实际应用的需要,近年来对发展具有大的三阶非线性光学系数和快速响应的非线性光学材料受到人们的重视。最近,对半导体微晶(例如掺CdS_xSe_(t-x)玻璃)的三阶非线性光学特性进行了广泛的研究,人们也注意到PbS和CdS微粒溶胶同样具有较强的非线性光学特性。由于这类超微粒材料具有相对大的表面积,因此微粒的介电环境以及表面化学特性对其非线性光学特性将有很大的影响。     

银表面增强C_(60)薄膜的光学二次谐波

具有富勒氏球结构的全碳分子,由于具有大π键的电子云分布,预期会存在类似于有机聚合物那样的大而快的光学非线性响应。有关C_(60),C_(70)的三阶光学非线性的实验研究,已见于多处报道。但是,有关全碳分子的二阶光学非线性的研究还很少进行,直到最近才见到有关C_(60)薄膜光学二次谐波产生的报道。     

镧La3+与1,10-二氮杂菲配位化合物的三阶非线性光学效应研究

运用Z Scan技术首次测量并研究了 1,10 二氮杂菲、硝酸 [二 (1,10 -二氮杂菲 )合镧 (III) ]、硝酸 [一 硝酸 一 氟脲嘧啶 二 (1,10 二氮杂菲 )合镧 (III) ]乙醇溶液的非线性折射率n₂ ,计算了三阶非线性光学极化率 χ⁽³⁾ 和〈γ〉 ,并对稀土金属离子镧La³⁺ 引起 1,10 二氮杂菲三阶非线性光学效应的增强机制做了初步的探讨 ,为合成具有强三阶非线性光学效应的稀土金属有机配位化合物提供信息 .     

掺铕碲铌锌玻璃的三阶非线性光学特性

运用前向简并四波混频技术对掺铕碲铌锌玻璃的三阶非线性光学特性进行了研究,获得了其非线性折射率系数和响应时间特性; 利用吸收光谱、折射率和Raman光谱的测量研究掺铕碲铌锌玻璃的结构特性以及铕掺杂对玻璃基质结构的影响; 探讨了掺铕碲铌锌玻璃的非线性形成机制. 发现三阶非线性极化率的强度、响应时间与掺杂浓度相关.     

C_(60)/苯胺电荷转移复合物结构和二阶非线性光学性质的研究

由于C_(60)分子具有中心对称性,故其二阶非线性光学系数β=0,但通过在碳笼和胺类分子之间形成分子间电荷转移复合物,则中心对称性被打破,二阶非线性光学性质即诱导产生.另一方面,科学工作者正在进行各种努力去设计和合成许多给体-共轭体系-受体分子,使其分子内电荷转移达到最大,从而使非线性光学系数达到最大.获得大的非线性光学     

有机二阶非线性光学材料综合性能的优化策略

二阶非线性光学材料在激光技术中发挥着非常重要的作用,寻找综合性能优良的有机二阶非线性光学材料一直是材料和光学领域的前沿方向.目前的研究重点主要在于合成具有高二阶非线性光学效应和取向稳定性以及低光学损耗的非线性光学高分子材料,以更好满足高性能光学器件的制作要求.近几十年来,在多种分子模型及理论计算的支持下,科学家相继开发出许多行之有效的策略和方法,在这一领域取得了多方面重要的开拓性研究进展.本文首先介绍有机二阶非线性光学材料的核心构筑单元——生色团的设计与优化,阐述了共轭桥和电子给受体的结构对其微观二阶非线性光学性质的影响;然后结合“位分离”原理和“合适间隔基团”概念,总结了有效转换生色团的微观二阶非线性光学性质到材料宏观二阶非线性光学性能的策略和方法.在此基础上,围绕此类材料中存在的“非线性-稳定性”矛盾以及“非线性-透光性”矛盾探讨了综合性能优化的策略,从多角度归纳了分子设计的基本原则与改进方案以及分子聚集结构调控的有效途径.最后,针对该材料体系在实际应用中面临的关键挑战,对该领域未来的研究发展方向进行了讨论与展望.